JP3925485B2 - NOx emission estimation method for internal combustion engine - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、排気通路を流れる排ガスの一部を吸気通路へ還流せしめるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、同排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定するＮＯｘ排出量推定方法に関する。  The present invention is applied to an internal combustion engine including an EGR device that recirculates a part of exhaust gas flowing through an exhaust passage to an intake passage, and estimates NOx emission amount for estimating NOx amount in exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside. Regarding the method.

火花点火式内燃機関、ディーゼル機関等の内燃機関においては、排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量（以下、「ＮＯｘ排出量」と云うこともある。）を低減する必要がある。ＮＯｘ排出量を低減するためには、例えば、ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガス量を増大させること、或いは、燃料噴射時期を遅らせること等により最高火炎温度（最高燃焼温度）を低下させることが有効である。  In an internal combustion engine such as a spark ignition internal combustion engine or a diesel engine, it is necessary to reduce the amount of NOx in exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside (hereinafter also referred to as “NOx emission amount”). In order to reduce the NOx emission amount, for example, it is effective to decrease the maximum flame temperature (maximum combustion temperature) by increasing the amount of EGR gas recirculated by the EGR device or delaying the fuel injection timing. It is.

しかしながら、一方では、ＮＯｘ排出量を低減するためにＥＧＲガス量を増大させていくと（ディーゼル機関において）微粒子状物質（パティキュレート・マター、ＰＭ）の排出量が増大していくというトレードオフがあり、また、ＮＯｘ排出量を低減するために燃料噴射時期を遅らせていくと燃費が悪化していくというトレードオフがあることが知られている。  However, on the other hand, there is a trade-off that if the amount of EGR gas is increased in order to reduce NOx emissions (in diesel engines), the emission of particulate matter (particulate matter, PM) increases. In addition, it is known that there is a trade-off that if the fuel injection timing is delayed in order to reduce the NOx emission amount, the fuel consumption deteriorates.

従って、ＰＭ排出量の増大の抑制、燃費の悪化の抑制等を考慮した上でＮＯｘ排出量を出来る限り低減するためには、同ＮＯｘ排出量を機関の運転状態に応じた所定の目標値に制御することが好ましい。ＮＯｘ排出量を所定の目標値に精度良く制御するためには同ＮＯｘ排出量を精度良く推定する必要がある。  Therefore, in order to reduce the NOx emission amount as much as possible in consideration of the suppression of the increase in PM emission amount and the deterioration of fuel consumption, the NOx emission amount is set to a predetermined target value corresponding to the operating state of the engine. It is preferable to control. In order to accurately control the NOx emission amount to a predetermined target value, it is necessary to accurately estimate the NOx emission amount.

このため、下記特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、燃焼圧力、及び吸気酸素濃度を、筒内圧力センサ、及び吸気酸素濃度センサによりそれぞれ検出するとともに、これらに基づいて算出した燃焼温度、及び混合気濃度とに基づいて、代表的な公知の燃焼モデルの一つである拡大ゼルドビッチ（ＺＥＬＤＯＶＩＣＨ）機構を用いて燃焼により発生するＮＯｘ量（以下、「燃焼発生ＮＯｘ量」と称呼する。）を推定する。そして、推定された燃焼発生ＮＯｘ量が所定の燃焼発生ＮＯｘ量目標値になるようにＥＧＲガス量、或いは燃料噴射時期等を制御することで、ＮＯｘ排出量を所定の目標値に制御するようになっている。
特開２００２−３７１８９３号公報For this reason, the control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 below detects the combustion pressure and the intake oxygen concentration by the in-cylinder pressure sensor and the intake oxygen concentration sensor, and calculates the combustion temperature based on these. Based on the gas mixture concentration, the amount of NOx generated by combustion using an enlarged ZELDOVICH mechanism, which is one of typical known combustion models (hereinafter referred to as “a combustion generated NOx amount”). ). The NOx emission amount is controlled to a predetermined target value by controlling the EGR gas amount or the fuel injection timing so that the estimated combustion generated NOx amount becomes a predetermined combustion generated NOx amount target value. It has become.
JP 2002-371893 A

ところで、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においては、ＥＧＲ装置を介してＥＧＲガス中のＮＯｘが燃焼室内に還流してくる。加えて、上記燃焼発生ＮＯｘ量は、燃焼室の一部であって燃焼が発生する領域（以下、「燃焼領域」と称呼する。）内において発生するＮＯｘの量である。従って、燃焼室内における燃焼領域を除いた領域（以下、「非燃焼領域」と称呼する。）においては燃焼後においても前記還流されてきたＮＯｘが残存しているから、ＮＯｘ排出量を精度良く推定するためには、上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、前記「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」をも考慮することが必要である。  By the way, in the internal combustion engine provided with the EGR device, NOx in the EGR gas returns to the combustion chamber via the EGR device. In addition, the combustion-generated NOx amount is the amount of NOx generated within a combustion chamber that is a part of the combustion chamber (hereinafter referred to as “combustion region”). Accordingly, in the region excluding the combustion region in the combustion chamber (hereinafter referred to as “non-combustion region”), the NOx that has been recirculated remains after the combustion, and therefore the NOx emission amount can be accurately estimated. In order to achieve this, it is necessary to consider not only the combustion-generated NOx amount but also the “NOx amount remaining in the non-combustion region”.

これに対して、上記従来の装置においては、「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ」に対する考慮が全くなされていない。従って、かかる従来の装置をＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用した場合、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができず、この結果、同ＮＯｘ排出量を所定の目標値に精度良く制御することができないという問題があった。  On the other hand, in the conventional apparatus, no consideration is given to “NOx remaining in the non-combustion region”. Therefore, when such a conventional device is applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device, the NOx emission amount cannot be accurately estimated, and as a result, the NOx emission amount is accurately controlled to a predetermined target value. There was a problem that could not.

本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるＮＯｘ排出量推定方法であって、非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量を考慮して排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ排出量を精度良く推定することができるものを提供することにある。  The present invention has been made to cope with such a problem, and an object of the present invention is a NOx emission estimation method applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device, which remains in a non-combustion region. An object of the present invention is to provide a device that can accurately estimate the amount of NOx discharged from the exhaust passage to the outside in consideration of the amount of NOx that is present.

本発明による内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、燃焼室内における燃焼により発生するＮＯｘ量（即ち、上記燃焼発生ＮＯｘ量）と、前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量とを利用して、機関の排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量（即ち、上記ＮＯｘ排出量）を推定する方法である。  The internal combustion engine NOx emission amount estimation method according to the present invention is applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device. The NOx amount generated by combustion in the combustion chamber (that is, the combustion-generated NOx amount) and the EGR device are used. This is a method for estimating the amount of NOx in exhaust gas discharged from the exhaust passage of the engine to the outside (that is, the amount of NOx discharged) using the amount of NOx that has recirculated into the combustion chamber.

本発明によるより具体的なＮＯｘ排出量推定方法は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、燃焼室内において燃焼が発生する領域である燃焼領域を推定するとともに、前記燃焼領域内にて燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量と、前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とを推定し、前記燃焼発生ＮＯｘ量と、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定する方法である。A more specific NOx emission estimation method according to the present invention is applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device, estimates a combustion region in which combustion occurs in a combustion chamber, and performs combustion in the combustion region. The amount of combustion generated NOx and the amount of NOx in the non-combustion region that is the region excluding the combustion region in the combustion chamber are estimated, and the amount of combustion generated NOx and the amount of NOx in the non-combustion region are estimated. Based on this, the amount of NOx in the exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside is estimated.

ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量（の一部）は、燃焼後において上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」となり得る。従って、これによれば、上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」が考慮されてＮＯｘ排出量が推定され得る。The (a part of) NOx amount returned to the combustion chamber via the EGR device can be the “NOx amount remaining in the non-combustion region” described above after combustion. Therefore, according to this, not only the combustion-generated NOx amount but also the “NOx amount remaining in the non-combustion region” can be considered and the NOx emission amount can be estimated.

即ち、推定された燃焼領域内にて燃焼により発生する上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、（燃焼後における）非燃焼領域内におけるＮＯｘ量、従って、上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」が考慮されてＮＯｘ排出量が推定され得る。従って、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができる。That is, not only the above-mentioned combustion-generated NOx amount generated by combustion in the estimated combustion region, but also the NOx amount in the non-combustion region (after combustion), and thus the “remaining in the non-combustion region” described above. The NOx emission amount can be estimated in consideration of the “NOx amount”. Therefore, the NOx emission amount can be estimated with high accuracy.

この場合、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量を推定するにあたり、前記ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量を、同非燃焼領域内におけるＮＯｘ量として推定することが好適である。  In this case, in estimating the amount of NOx in the non-combustion region, the amount of non-combustion region recirculation NOx existing in the non-combustion region before combustion out of the amount of NOx recirculated into the combustion chamber via the EGR device is calculated. It is preferable to estimate the amount of NOx in the non-combustion region.

燃焼室内における燃焼は燃焼領域内でのみ発生し、非燃焼領域では燃焼が発生しないことから、ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前（燃焼開始前）に同非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量は、燃焼後においてもそのまま保存（保持）され得ると考えることができる。換言すれば、非燃焼領域還流ＮＯｘ量は、そのまま上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」となり得る。従って、上記のように構成すれば、簡易な構成（燃焼モデル）で、且つ精度良く「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」を推定することができ、この結果、簡易な計算でＮＯｘ排出量を正確に推定することができる。  Combustion in the combustion chamber occurs only in the combustion region and does not occur in the non-combustion region. Therefore, the non-combustion before the combustion (before the start of combustion) of the NOx amount recirculated into the combustion chamber through the EGR device. It can be considered that the non-combustion region reflux NOx amount existing in the region can be stored (held) as it is even after the combustion. In other words, the non-combustion region recirculation NOx amount can be the “NOx amount remaining in the non-combustion region” as it is. Therefore, if configured as described above, the “NOx amount remaining in the non-combustion region” can be accurately estimated with a simple configuration (combustion model), and as a result, NOx can be calculated by simple calculation. Emissions can be estimated accurately.

更には、前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量と、（燃焼後に発生する）前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）同燃焼発生ＮＯｘ量として推定することが好適である。  Further, in estimating the combustion-generated NOx amount, among the NOx amount recirculated into the combustion chamber via the EGR device, the combustion region recirculation NOx amount existing in the combustion region before combustion (after combustion) It is preferable to estimate the larger one of the combustion-generated NOx amounts (as generated) as the amount of NOx generated (as the amount of NOx remaining in the combustion region after combustion).

燃焼領域では、燃焼開始前においてはＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ（従って、前記燃焼領域還流ＮＯｘ量）が存在する一方で、燃焼後においては燃焼により燃焼発生ＮＯｘ量が発生する。ここで、一般に、窒素分子Ｎ_２とＮＯｘ（特に、一酸化炭素ＮＯ）とは可逆反応により互いに生成され合う物質であって、化学反応後のガス中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）は、同化学反応前のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）にかかわらず、同化学反応後のガスの温度に応じて（ガス温度が高くなるほど大きくなるように）、化学平衡により逐次決定されていく値である。In the combustion region, NOx that has recirculated into the combustion chamber via the EGR device before the start of combustion (and therefore the combustion region recirculation NOx amount) exists, and after combustion, a combustion-generated NOx amount is generated by combustion. To do. Here, in general, nitrogen molecules N₂ and NOx (particularly, carbon monoxide) are substances that are mutually generated by a reversible reaction, and the amount of NOx (NOx concentration) in the gas after the chemical reaction is Regardless of the amount of NOx (NOx concentration) before the reaction, the value is sequentially determined by the chemical equilibrium according to the temperature of the gas after the chemical reaction (so that it increases as the gas temperature increases).

また、通常の機関の運転状態では、燃焼により高温となったガス中で発生する上記燃焼発生ＮＯｘ量の方が上記燃焼領域還流ＮＯｘ量よりも著しく大きくなる場合が多い。従って、原則的には、燃焼により発生した燃焼発生ＮＯｘ量が、そのまま（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量に略一致し得ると考えることができる。  Further, in a normal engine operation state, the combustion-generated NOx amount generated in the gas heated to high temperature is often significantly larger than the combustion region recirculation NOx amount. Therefore, in principle, it can be considered that the amount of combustion-generated NOx generated by combustion can substantially match the amount of combustion-generated NOx as it is (as the amount of NOx remaining in the combustion region after combustion).

しかしながら、例えば、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度が非常に高く、且つ、アクセル開度が非常に小さくて燃料噴射量が非常に少ないような場合、上記燃焼領域還流ＮＯｘ量が大きくなる一方で、燃焼によるガス温度の上昇が小さいことに起因して上記燃焼発生ＮＯｘ量が小さくなる。この結果、燃焼領域還流ＮＯｘ量の方が燃焼発生ＮＯｘ量よりも大きくなることがある。このような場合、燃焼発生ＮＯｘ量よりも燃焼領域還流ＮＯｘ量の方が、（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量をより正確に表す値になり得ると考えられる。  However, for example, when the NOx concentration in the EGR gas is very high, the accelerator opening is very small, and the fuel injection amount is very small, the combustion region recirculation NOx amount becomes large, but due to combustion The combustion-generated NOx amount is reduced due to the small increase in gas temperature. As a result, the combustion region recirculation NOx amount may be larger than the combustion generated NOx amount. In such a case, the combustion region recirculation NOx amount can be a value that more accurately represents the combustion generation NOx amount (as the NOx amount remaining in the combustion region after combustion) than the combustion generation NOx amount. Conceivable.

換言すれば、上記燃焼領域還流ＮＯｘ量と、（燃焼後に発生する）前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量として推定することが好ましい。従って、上記のように構成すれば、簡易な構成（燃焼モデル）で、且つ精度良く、（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量を推定することができ、この結果、簡易な計算でＮＯｘ排出量を正確に推定することができる。  In other words, the larger one of the combustion region recirculation NOx amount and the combustion generation NOx amount (generated after combustion) is estimated as the combustion generation NOx amount (as the NOx amount remaining in the combustion region after combustion). It is preferable to do. Therefore, if configured as described above, the amount of combustion-generated NOx (as the amount of NOx remaining in the combustion region after combustion) can be estimated with a simple configuration (combustion model) and with high accuracy, As a result, the NOx emission amount can be accurately estimated by simple calculation.

上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法においては、前記ＮＯｘ排出量を推定するにあたり、前記燃焼発生ＮＯｘ量と前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を推定するとともに、同ＮＯｘ濃度に前記排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じた値を同ＮＯｘ排出量として推定することが好適である。  In any of the NOx emission amount estimation methods according to the present invention, the NOx concentration in the exhaust gas is estimated based on the combustion-generated NOx amount and the NOx amount in the non-combustion region in estimating the NOx emission amount. At the same time, it is preferable to estimate a value obtained by multiplying the NOx concentration by the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside as the NOx emission amount.

機関の排気弁から排気通路に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度は、燃焼室内の総ガス量に対する、「上記燃焼発生ＮＯｘ量と上記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量の和」の割合として容易に計算することができる。また、排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度は同排気通路全域に渡って一定であると仮定すると、機関の排気弁から排気通路に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度は、同排気通路から外部に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度と等しくなる。  The NOx concentration in the exhaust gas when exhausted from the engine exhaust valve to the exhaust passage is easy as the ratio of “the sum of the NOx amount generated in the combustion and the NOx amount in the non-combustion region” to the total gas amount in the combustion chamber. Can be calculated. Assuming that the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage is constant over the entire exhaust passage, the NOx concentration in the exhaust gas when exhausted from the engine exhaust valve to the exhaust passage is from the exhaust passage. It becomes equal to the NOx concentration in the exhaust gas when discharged to the outside.

従って、上記のように、燃焼発生ＮＯｘ量と非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて計算され得る（機関の排気弁から排気通路に排出される際の）排ガス中のＮＯｘ濃度に排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じることで、同排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量であるＮＯｘ排出量を簡易、且つ精度良く推定することができる。  Therefore, as described above, the NOx concentration in the exhaust gas (when exhausted from the engine exhaust valve to the exhaust passage) can be calculated based on the amount of combustion generated NOx and the NOx amount in the non-combustion region. By multiplying the amount of exhaust gas discharged to the outside, it is possible to easily and accurately estimate the NOx emission amount that is the NOx amount discharged to the outside from the exhaust passage.

この場合、前記吸気通路に吸入される新気量（以下、「吸入新気量」と云うこともある。）を前記排気通路から外部へ排出される排ガス量として推定することが好適である。一般に、内燃機関の吸気通路には同吸気通路に吸入される新気量を計測するためのエアフローメータ等の吸入新気量計測装置が備えられている。また、通常の機関の運転状態（特に、定常運転状態）においては、排気通路から外部へ排出される排ガス量は吸入新気量と略等しくなる。  In this case, it is preferable to estimate the amount of fresh air sucked into the intake passage (hereinafter also referred to as “intake fresh air amount”) as the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside. In general, an intake passage of an internal combustion engine is provided with an intake fresh air amount measuring device such as an air flow meter for measuring the amount of fresh air taken into the intake passage. Further, in the normal engine operation state (particularly in the steady operation state), the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside is substantially equal to the amount of fresh intake air.

従って、これによれば、排気通路から外部へ排出される排ガス量を計測するための新たな装置を設けることなく、簡易な構成で、且つ正確に、排気通路から外部へ排出される排ガス量を推定することができ、この結果、ＮＯｘ排出量を簡易な構成で、且つ正確に推定することができる。  Therefore, according to this, the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside can be accurately measured with a simple configuration without providing a new device for measuring the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside. As a result, it is possible to accurately estimate the NOx emission amount with a simple configuration.

また、上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法においては、前記燃焼領域を推定するにあたり、前記燃焼室内に吸入された酸素量と、燃焼により消費される酸素量とを推定するとともに、前記燃焼室内に吸入された酸素量に対する前記燃焼により消費される酸素量の割合を利用して前記燃焼領域を推定することが好適である。  Further, in any of the NOx emission estimation methods according to the present invention, in estimating the combustion region, the amount of oxygen sucked into the combustion chamber and the amount of oxygen consumed by combustion are estimated, and It is preferable to estimate the combustion region using the ratio of the amount of oxygen consumed by the combustion to the amount of oxygen sucked into the combustion chamber.

ここにおいて、燃焼室内に吸入された酸素量は、例えば、吸気弁から燃焼室に吸入されてくるガス（以下、「吸気」と云うこともある。）中の酸素濃度（吸気酸素濃度）を計測する吸気酸素濃度センサにより計測される同吸気酸素濃度に、吸入された燃焼室内の総ガス量（以下、「筒内総ガス量」と云うこともある。）を乗じた値として求めることができる。また、燃焼により消費される酸素量は、例えば、噴射された燃料の総てが理論空燃比をもって完全燃焼すると仮定することで求めることができる。  Here, the amount of oxygen sucked into the combustion chamber is measured, for example, by measuring the oxygen concentration (intake oxygen concentration) in the gas sucked into the combustion chamber from the intake valve (hereinafter also referred to as “intake”). It can be obtained as a value obtained by multiplying the intake oxygen concentration measured by the intake oxygen concentration sensor to be multiplied by the total amount of gas in the intake combustion chamber (hereinafter sometimes referred to as “in-cylinder total gas amount”). . Further, the amount of oxygen consumed by combustion can be determined, for example, by assuming that all of the injected fuel is completely burned with the stoichiometric air-fuel ratio.

燃焼室内に吸入された吸気中の酸素分子、ＮＯｘを含む各ガスの成分は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布すると仮定すると、「燃焼室内に吸入された酸素量」に対する「燃焼により消費される酸素量」の割合（以下、「酸素量割合」と称呼する。）は、燃焼室の体積に対する燃焼領域の体積の割合、従って、燃焼室内に吸入された（ＥＧＲ装置を介して還流してきた）全ＮＯｘ量に対する、燃焼前に燃焼領域に存在するＮＯｘ量の割合を精度良く表す値となり得る。  Assuming that the components of each gas including oxygen molecules and NOx in the intake air sucked into the combustion chamber are uniformly distributed over the entire combustion chamber, the “consumption by combustion” against the “amount of oxygen sucked into the combustion chamber” The ratio of the "amount of oxygen" (hereinafter referred to as the "oxygen amount ratio") is the ratio of the volume of the combustion area to the volume of the combustion chamber, and thus is sucked into the combustion chamber (recirculated through the EGR device). It can be a value that accurately represents the ratio of the NOx amount existing in the combustion region before combustion to the total NOx amount.

従って、上記酸素量割合を利用して前記燃焼領域を推定するように構成すれば、前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量、及び、燃焼前に非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量をより一層精度良く求めることができる。  Therefore, if the combustion region is estimated using the oxygen amount ratio, the combustion region recirculation NOx amount existing in the combustion region before combustion out of the NOx amount recirculated into the combustion chamber, and The amount of non-combustion region recirculation NOx existing in the non-combustion region before combustion can be determined with higher accuracy.

また、上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法において、前記内燃機関が一作動サイクル中において少なくとも１回燃料をパイロット噴射した後に同燃料をメイン噴射するように構成されている場合、（メイン噴射による燃料の燃焼終了後において発生している）前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して同燃焼発生ＮＯｘ量を推定することが好適である。  Further, in any one of the NOx emission estimation methods according to the present invention, when the internal combustion engine is configured to perform main injection of the fuel after pilot injection of the fuel at least once in one operation cycle, (main In estimating the combustion-generated NOx amount (generated after completion of fuel combustion by injection), it is preferable to further estimate the combustion-generated NOx amount in consideration of the influence of the inert gas generated by the pilot injection. It is.

１回、或いは複数回のパイロット噴射を行った後にメイン噴射を行う場合、メイン噴射による燃料が燃焼領域において燃焼を開始する時点において、パイロット噴射による燃料の燃焼により発生した不活性ガスが同燃焼領域内に残存していて、この結果、同燃焼領域内の酸素濃度が低下する。また、上記燃焼領域内に残存している不活性ガスの熱容量によりメイン噴射による燃料の最高燃焼温度が低下する。  When the main injection is performed after one or a plurality of pilot injections, the inert gas generated by the combustion of the fuel by the pilot injection is in the same combustion region when the fuel by the main injection starts to burn in the combustion region. As a result, the oxygen concentration in the combustion region decreases. Moreover, the maximum combustion temperature of the fuel by main injection falls with the heat capacity of the inert gas which remains in the said combustion area.

以上のことから、燃焼領域内において燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量は、内燃機関が一作動サイクル中において、１回で必要な量の燃料を噴射するように構成されている場合よりも、パイロット噴射とメイン噴射とに分けて同量の燃料を噴射する場合の方が小さくなる。  From the above, the amount of combustion-generated NOx generated by combustion in the combustion region is more pilot than in the case where the internal combustion engine is configured to inject a necessary amount of fuel at one time in one operation cycle. The case where the same amount of fuel is injected separately into the injection and the main injection is smaller.

従って、上記のように、少なくとも１回のパイロット噴射を行った後にメイン噴射を行う場合、パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して燃焼発生ＮＯｘ量を推定するように構成すれば、同不活性ガスの影響による燃焼発生ＮＯｘ量の低下を考慮することで同燃焼発生ＮＯｘ量をより一層精度良く推定することができる。ここで、不活性ガスの影響による燃焼発生ＮＯｘ量の低下量は、例えば、パイロット噴射による燃料噴射量、或いは、同パイロット噴射の時期等の関数として計算することができる。  Accordingly, as described above, when the main injection is performed after at least one pilot injection, the combustion generated NOx amount is estimated by further considering the influence of the inert gas generated by the pilot injection. Considering the decrease in the amount of combustion-generated NOx due to the influence of the inert gas, the amount of combustion-generated NOx can be estimated with higher accuracy. Here, the amount of decrease in the combustion-generated NOx amount due to the influence of the inert gas can be calculated, for example, as a function of the fuel injection amount by pilot injection or the timing of the pilot injection.

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法を実施する内燃機関（ディーゼル機関）の制御装置について図面を参照しつつ説明する。  A control device for an internal combustion engine (diesel engine) that implements the NOx emission estimation method for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、係る内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。  FIG. 1 shows a schematic configuration of a whole system in which the control device for an internal combustion engine is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine) 10. This system includes an enginemain body 20 including a fuel supply system, anintake system 30 for introducing gas into a combustion chamber (in a cylinder) of each cylinder of the enginemain body 20, and an exhaust system for discharging exhaust gas from the enginemain body 20. 40, anEGR device 50 for performing exhaust gas recirculation, and anelectric control device 60.

エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する基本燃料噴射圧力Pcrbaseに応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（吐出圧力）が同基本燃料噴射圧力Pcrbaseになるように同燃料を昇圧するようになっている。  A fuel injection valve (injection valve, injector) 21 is disposed above each cylinder of theengine body 20. Eachfuel injection valve 21 is connected to afuel injection pump 22 connected to a fuel tank (not shown) via afuel pipe 23. Thefuel injection pump 22 is electrically connected to theelectric control device 60, and the actual injection pressure of the fuel by a drive signal (command signal corresponding to a basic fuel injection pressure Pcrbase described later) from theelectric control device 60. The fuel is boosted so that (discharge pressure) becomes the same basic fuel injection pressure Pcrbase.

これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から前記基本燃料噴射圧力Pcrbaseまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する燃料噴射量qfinに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記基本燃料噴射圧力Pcrbaseにまで昇圧された燃料を前記燃料噴射量qfinだけ直接噴射するようになっている。  Thereby, thefuel injection valve 21 is supplied with fuel whose pressure has been increased from thefuel injection pump 22 to the basic fuel injection pressure Pcrbase. Thefuel injection valve 21 is electrically connected to theelectric control device 60, and is opened for a predetermined time by a drive signal from the electric control device 60 (a command signal corresponding to a fuel injection amount qfin described later). Thus, the fuel whose pressure has been increased to the basic fuel injection pressure Pcrbase is directly injected into the combustion chamber of each cylinder by the fuel injection amount qfin.

吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。  Theintake system 30 includes anintake manifold 31 connected to a combustion chamber of each cylinder of theengine body 20, anintake pipe 32 connected to an upstream side assembly of theintake manifold 31 and constituting an intake passage together with theintake manifold 31, an intake pipe Athrottle valve 33 rotatably held in thethrottle 32, athrottle valve actuator 33a for rotating thethrottle valve 33 in response to a drive signal from theelectric control device 60, and anintake pipe 32 upstream of thethrottle valve 33. The mountedintercooler 34, thecompressor 35a of thesupercharger 35, and theair cleaner 36 disposed at the tip of theintake pipe 32 are included.

排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。  Theexhaust system 40 includes anexhaust manifold 41 connected to each cylinder of theengine body 20, anexhaust pipe 42 connected to a downstream gathering portion of theexhaust manifold 41, and a turbine of thesupercharger 35 disposed in theexhaust pipe 42. And a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPNR”) 43 interposed in theexhaust pipe 42. Theexhaust manifold 41 and theexhaust pipe 42 constitute an exhaust passage.

ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。  TheDPNR 43 is a filter that includes afilter 43a formed of a porous material such as cordierite and collects particulates in exhaust gas that passes through the surface of the pores. DPNR43 includes alumina as a carrier, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, alkaline earth metal such as barium Ba and calcium Ca, and rare earth metal such as lanthanum La and yttrium Y. At least one selected from the above is supported together with platinum and functions as an NOx storage reduction catalyst that absorbs NOx and then releases and reduces the absorbed NOx.

ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。  TheEGR device 50 includes anexhaust recirculation pipe 51 that constitutes a passage for recirculating exhaust gas (EGR passage), anEGR control valve 52 interposed in theexhaust recirculation pipe 51, and anEGR cooler 53. The exhaustgas recirculation pipe 51 communicates the upstream exhaust passage (exhaust manifold 41) of theturbine 35b and the downstream intake passage (intake manifold 31) of thethrottle valve 33. TheEGR control valve 52 can change the amount of exhaust gas to be recirculated (exhaust gas recirculation amount, EGR gas flow rate) in response to a drive signal from theelectric control device 60.

電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。  Theelectrical control device 60 is connected to each other via abus 61, aROM 62 that stores programs executed by theCPU 61, tables (look-up tables, maps), constants, and the like, and theCPU 61 temporarily stores data as necessary. The microcomputer includes aRAM 63, abackup RAM 64 that stores data while the power is on, and holds the stored data while the power is shut off, aninterface 65 including an AD converter, and the like.

インターフェース６５は、空気流量（新気流量）計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、及び、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサ７６と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。  Theinterface 65 is an air flow rate (fresh air flow rate) measuring means, and is downstream of the hot-wireair flow meter 71 and thethrottle valve 33 disposed in theintake pipe 32 and downstream of the portion to which the exhaustgas recirculation pipe 51 is connected. An intake air temperature sensor 72 provided in the intake passage, an intakepipe pressure sensor 73 disposed in the intake passage downstream of thethrottle valve 33 and downstream of the portion to which the exhaustgas recirculation pipe 51 is connected, a crank position sensor 74, Connected to anaccelerator opening sensor 75 and an intakeoxygen concentration sensor 76 provided in an intake passage downstream of thethrottle valve 33 and downstream of a portion to which the exhaustgas recirculation pipe 51 is connected. This signal is supplied to theCPU 61. Theinterface 65 is connected to thefuel injection valve 21, thefuel injection pump 22, thethrottle valve actuator 33a, and theEGR control valve 52, and sends drive signals to these in accordance with instructions from theCPU 61. Yes.

熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気（新気）の質量流量（単位時間あたりの吸入新気量）を計測し、同質量流量Ga（吸入新気流量Ga）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、前述した吸気の温度を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、吸気の圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。  The hot-wireair flow meter 71 measures the mass flow rate (intake fresh air amount per unit time) of intake air (fresh air) passing through the intake passage, and indicates the same mass flow rate Ga (intake fresh air flow rate Ga). Is supposed to occur. The intake air temperature sensor 72 detects the intake air temperature and generates a signal representing the intake air temperature Tb. The intakepipe pressure sensor 73 detects the pressure of intake air (that is, intake pipe pressure) and generates a signal representing the intake pipe pressure Pb.

クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、クランク角度CAを表すとともにエンジン１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ７６は、吸気中の酸素濃度（即ち、吸気酸素濃度）を検出し、同吸気酸素濃度RO2_inを表す信号を発生するようになっている。  The crank position sensor 74 detects the absolute crank angle of each cylinder and generates a signal that represents the crank angle CA and also represents the engine rotation speed NE that is the rotation speed of theengine 10. Theaccelerator opening sensor 75 detects an operation amount of the accelerator pedal AP and generates a signal representing the accelerator operation amount Accp. The intakeoxygen concentration sensor 76 detects the oxygen concentration in the intake air (that is, the intake oxygen concentration) and generates a signal representing the intake oxygen concentration RO2_in.

（ＮＯｘ排出量推定方法の概要）
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による本発明の実施形態に係るＮＯｘ排出量推定方法の概要について説明する。図２は、機関１０の或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールド３１からガス（即ち、吸気）が吸入され、筒内に吸入されたガス（筒内ガス）が排気マニホールド４１へ排出される様子を模式的に示した図である。(Outline of NOx emission estimation method)
Next, an outline of the NOx emission amount estimation method according to the embodiment of the present invention by the internal combustion engine control apparatus configured as described above (hereinafter also referred to as “the present apparatus”) will be described. In FIG. 2, gas (that is, intake air) is sucked into the cylinder (cylinder) of one cylinder of theengine 10 from theintake manifold 31, and the gas sucked into the cylinder (cylinder gas) is theexhaust manifold 41. FIG.

図２に示したように、吸気（従って、筒内ガス）には、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入されたＮＯｘを含むＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（新気質量）と吸入されるＥＧＲガス量（ＥＧＲガス質量）の和に対するＥＧＲガス質量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるスロットル弁３３の開度、及びＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。  As shown in FIG. 2, fresh air sucked from the front end portion of theintake pipe 32 through thethrottle valve 33 and intake air (and hence in-cylinder gas) from theexhaust recirculation pipe 51 through theEGR control valve 52. EGR gas containing NOx inhaled in this way is included. The ratio of the EGR gas mass to the sum of the inhaled fresh air amount (fresh air mass) and the inhaled EGR gas amount (EGR gas mass) (that is, the EGR rate) depends on the electric control device 60 (CPU 61) according to the operating state. ) And the opening degree of thethrottle valve 33 and the opening degree of theEGR control valve 52 which are appropriately controlled.

吸気（即ち、新気、及びＮＯｘを含むＥＧＲガスから構成されるガス）は、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って筒内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが下死点に達した時点（以下、「ATDC-180°」と称呼する。）で吸気弁Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。そして、ピストンが上死点近傍に達っすると（具体的には、後述する最終燃料噴射時期finjfinが到来すると）、本装置は、前記燃料噴射量qfinに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。この結果、噴射された燃料は、時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内において拡散していき、所定のタイミングにて自己着火が発生することに起因して燃焼する。  Intake (that is, gas composed of fresh air and EGR gas containing NOx) is sucked into the cylinder as the piston descends via the intake valve Vin opened in the intake stroke, and the cylinder gas It becomes. The in-cylinder gas is sealed in the cylinder by closing the intake valve Vin when the piston reaches bottom dead center (hereinafter referred to as “ATDC-180 °”). Compressed as the rise of. When the piston reaches the vicinity of the top dead center (specifically, when a final fuel injection timing finjfin, which will be described later, arrives), the present apparatus opens thefuel injection valve 21 for a predetermined time corresponding to the fuel injection amount qfin. By opening the valve, fuel is directly injected into the cylinder. As a result, the injected fuel is mixed with the in-cylinder gas as time passes, becomes an air-fuel mixture and diffuses in the cylinder, and self-ignition occurs at a predetermined timing. And burn.

係る燃焼は、本実施例では、後述するように推定される燃焼領域（以下、「Ｂ領域」と云うこともある。図２を参照。）においてのみ発生し、燃焼室内におけるＢ領域を除いた領域である非燃焼領域（以下、「Ａ領域」と云うこともある。図２を参照。）では発生しないと仮定する。そして、燃焼後に燃焼室内に存在する筒内ガスは、排ガスとなって、排気行程において開弁している排気弁Voutを介してピストンの上昇に伴って排気マニホールド４１へ排出され、係る排ガスは、排気管４２を介して外部へと排出されていく。  In this embodiment, such combustion occurs only in a combustion region estimated as described later (hereinafter also referred to as “B region”, see FIG. 2), and excludes the B region in the combustion chamber. It is assumed that it does not occur in the non-combustion region (hereinafter also referred to as “A region”, see FIG. 2). The in-cylinder gas existing in the combustion chamber after combustion becomes exhaust gas, and is discharged to theexhaust manifold 41 as the piston rises through the exhaust valve Vout that is opened in the exhaust stroke. It is discharged to the outside through theexhaust pipe 42.

以下、このようなＥＧＲ装置５０を備えた内燃機関１０に適用される、本装置が実施する具体的なＮＯｘ排出量推定方法について説明していく。このＮＯｘ排出量推定方法では、燃料が噴射される対象となる気筒（以下、「燃料噴射気筒」と称呼する。）について上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排気通路を介して外部へ排出されることになる排ガス中のＮＯｘの質量（即ち、ＮＯｘ排出量。実ＮＯｘ排出量NOxact。）が推定されていく。  Hereinafter, a specific NOx emission amount estimation method implemented by the present apparatus, which is applied to theinternal combustion engine 10 including such anEGR apparatus 50, will be described. In this NOx emission estimation method, every time the final fuel injection timing finjfin arrives for the cylinder to which fuel is to be injected (hereinafter referred to as “fuel injection cylinder”), the same in the exhaust stroke immediately after that. The mass of NOx in the exhaust gas to be discharged from the exhaust valve Vout of the fuel injection cylinder to the outside through the exhaust passage (that is, NOx emission amount, actual NOx emission amount NOxact) is estimated.

この方法では、実ＮＯｘ排出量NOxactを推定するにあたり、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する上記燃焼前に上記Ｂ領域に存在するＮＯｘの質量の割合（以下、「ＮＯｘ量割合RatioNOx」と称呼する。）、上記燃焼後に上記Ａ領域内に残存するＮＯｘ質量、及び、上記燃焼後に上記Ｂ領域内に残存するＮＯｘ質量をそれぞれ推定する必要がある。従って、先ず、これらの求め方について図２を参照しながら説明する。  In this method, in estimating the actual NOx emission amount NOxact, the ratio of the mass of NOx existing in the region B before the combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber (hereinafter referred to as “NOx amount ratio RatioNOx”). It is necessary to estimate the NOx mass remaining in the A region after the combustion and the NOx mass remaining in the B region after the combustion. Therefore, first, how to obtain these will be described with reference to FIG.

<ＮＯｘ量割合RatioNOxの求め方>
燃焼室内に吸入された吸気（筒内ガス）中の酸素分子、ＮＯｘを含む各ガスの成分は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するものと仮定する。また、この状態においてＢ領域内に存在する酸素は総て燃焼により消費されると仮定する。そうすると、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合（即ち、前記酸素量割合）は、燃焼室の体積に対するＢ領域の体積の割合を表すとともに、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する、燃焼前にＢ領域に存在するＮＯｘの質量の割合（従って、上記ＮＯｘ量割合RatioNOx）をも表すことになる。換言すれば、上記酸素量割合を利用してＢ領域が推定され得る。<How to find the NOx amount ratio RatioNOx>
It is assumed that the components of each gas including oxygen molecules and NOx in the intake air (cylinder gas) sucked into the combustion chamber are uniformly distributed over the entire combustion chamber. In this state, it is assumed that all the oxygen present in the region B is consumed by combustion. Then, the ratio of the “mass of oxygen consumed by combustion” to the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” (that is, the oxygen amount ratio) represents the ratio of the volume of the region B to the volume of the combustion chamber. In addition, the ratio of the mass of NOx existing in the B region before combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber (accordingly, the above-mentioned NOx amount ratio RatioNOx) is also expressed. In other words, the region B can be estimated using the oxygen amount ratio.

従って、ＮＯｘ量割合RatioNOxを求めるためには上記酸素量割合を求めればよく、このためには、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」と「燃焼により消費される酸素の質量」とを求める必要がある。  Therefore, in order to obtain the NOx amount ratio RatioNOx, the oxygen amount ratio may be obtained. For this purpose, the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” and “the mass of oxygen consumed by combustion” are determined. Need to ask.

ここで、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は、吸入された燃焼室内の総ガス質量（以下、「筒内総ガス量Gcyl」と称呼する。）に、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度を乗じることで求めることができる。筒内総ガス量Gcylは、ATDC-180°における気体の状態方程式に基づく下記(1)式に従って求めることができる。  Here, the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” is the total gas mass in the sucked combustion chamber (hereinafter referred to as “total in-cylinder gas amount Gcyl”). It can be obtained by multiplying the oxygen concentration. The in-cylinder total gas amount Gcyl can be obtained according to the following equation (1) based on the equation of state of gas at ATDC-180 °.

Gcyl＝(Pa0・Va0)/(R・Ta0) ・・・(1)Gcyl ＝ (Pa0 ・ Va0) / (R ・ Ta0) (1)

上記(1)式において、Pa0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス圧力である。ATDC-180°において筒内ガス圧力は吸気管圧力Pbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス圧力Pa0は、ATDC-180°において吸気管圧力センサ７３により検出される吸気管圧力Pbとして取得することができる。Va0は、ATDC-180°における下死点時燃焼室内容積である。燃焼室内容積Vaは機関１０の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数として表すことができるから、この関数に基づいて下死点時燃焼室内容積Va0も求めることができる。Ta0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス温度である。ATDC-180°において筒内ガス温度は吸気温度Tbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス温度Ta0は、ATDC-180°において吸気温センサ７２により検出される吸気温度Tbとして取得することができる。Rは筒内ガスのガス定数である。  In the above equation (1), Pa0 is the in-cylinder gas pressure at the bottom dead center at ATDC-180 °. Since the cylinder gas pressure is considered to be substantially equal to the intake pipe pressure Pb at ATDC-180 °, the cylinder gas pressure Pa0 at the bottom dead center is the intake pipe pressure detected by the intakepipe pressure sensor 73 at ATDC-180 °. It can be acquired as Pb. Va0 is the combustion chamber volume at the bottom dead center at ATDC-180 °. Since the combustion chamber volume Va can be expressed as a function of the crank angle CA based on the design specifications of theengine 10, the bottom dead center combustion chamber volume Va0 can also be obtained based on this function. Ta0 is the in-cylinder gas temperature at the bottom dead center at ATDC-180 °. Since the in-cylinder gas temperature is considered to be substantially equal to the intake air temperature Tb at ATDC-180 °, the in-cylinder gas temperature Ta0 at the bottom dead center is acquired as the intake air temperature Tb detected by the intake air temperature sensor 72 at ATDC-180 °. can do. R is the gas constant of the in-cylinder gas.

また、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度はATDC-180°における吸気酸素濃度RO2_inと略等しいと考えられるから、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度は、ATDC-180°において吸気酸素濃度センサ７６により検出される下死点時吸気酸素濃度RO20_inとして取得することができる。以上より、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は「Gcyl・RO20_in」と表すことができる。  Further, since the oxygen concentration of the in-cylinder gas before combustion is considered to be substantially equal to the intake oxygen concentration RO2_in at ATDC-180 °, the oxygen concentration of the in-cylinder gas before combustion is the intakeoxygen concentration sensor 76 at ATDC-180 °. Can be acquired as the bottom dead center detected intake oxygen concentration RO20_in. From the above, the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” can be expressed as “Gcyl · RO20_in”.

一方、「燃焼により消費される酸素の質量」は、噴射された燃料の総て（即ち、前記燃料噴射量qfinの燃料）が理論空燃比stoichをもって完全燃焼するとの仮定のもと、「K・Qfuel」と表すことができる。ここで、Kは所定の係数であって、例えば、大気中に含まれる酸素の質量割合０．２３に理論空燃比stoich（例えば、１４．６）を乗じた値「０．２３・stoich」である。Qfuelは前記燃料噴射量qfinと等しい値である。以上のことから、ＮＯｘ量割合RatioNOxは、下記(2)式に従って求めることができる。  On the other hand, “the mass of oxygen consumed by combustion” is calculated based on the assumption that all of the injected fuel (that is, the fuel having the fuel injection amount qfin) is completely burned with the stoichiometric air-fuel ratio stoich. Qfuel ”. Here, K is a predetermined coefficient, for example, a value “0.23 · stoich” obtained by multiplying the mass ratio 0.23 of oxygen contained in the atmosphere by the stoichiometric air-fuel ratio stoich (for example, 14.6). is there. Qfuel is a value equal to the fuel injection amount qfin. From the above, the NOx amount ratio RatioNOx can be obtained according to the following equation (2).

RatioNOx＝(K・Qfuel)/(Gcyl・RO20_in) ・・・(2)RatioNOx ＝ (K ・ Qfuel) / (Gcyl ・ RO20_in) (2)

<燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量の求め方>
上述のごとく、本実施例では燃焼室内における燃焼はＢ領域内でのみ発生し、Ａ領域では燃焼が発生しないと仮定するから、ＥＧＲ装置５０を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前にＡ領域内に存在するＮＯｘの質量（以下、「Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxA」と称呼する。）は、燃焼後においてもそのままＡ領域内に保存（保持）されると考えることができる。換言すれば、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、そのまま「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」となる。<How to determine the NOx mass remaining in the A region after combustion>
As described above, in this embodiment, it is assumed that the combustion in the combustion chamber occurs only in the B region and no combustion occurs in the A region, so the combustion out of the NOx amount returned to the combustion chamber via theEGR device 50 The mass of NOx previously present in the A region (hereinafter referred to as “A region reflux NOx amount NOxA”) can be considered to be stored (held) in the A region as it is even after combustion. In other words, the A region recirculation NOx amount NOxA becomes the “NOx mass remaining in the A region after combustion” as it is.

ここで、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する上記燃焼前に上記Ａ領域に存在するＮＯｘの質量の割合は、上記ＮＯｘ量割合RatioNOxを用いて「1-RatioNOx」と表すことができるから、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、上記筒内総ガス量Gcylに、燃焼前の筒内ガスのＮＯｘ濃度と（1-RatioNOx）とを乗じることで求めることができる。燃焼前の筒内ガスのＮＯｘ濃度は吸気中のＮＯｘ濃度（吸気ＮＯｘ濃度RNOx_in）と略等しいと考えられるから、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、下記(3)式にて表すことができる。  Here, the ratio of the mass of NOx existing in the A region before the combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber can be expressed as “1-RatioNOx” using the NOx amount ratio RatioNOx. The A region reflux NOx amount NOxA can be obtained by multiplying the in-cylinder total gas amount Gcyl by the NOx concentration of the in-cylinder gas before combustion and (1-RatioNOx). Since the NOx concentration of the in-cylinder gas before combustion is considered to be substantially equal to the NOx concentration in the intake air (intake NOx concentration RNOx_in), the A-region recirculation NOx amount NOxA can be expressed by the following equation (3).

NOxA＝RNOx_in・(1-RatioNOx)・Gcyl ・・・(3)NOxA ＝ RNOx_in ・ (1-RatioNOx) ・ Gcyl (3)

上記(3)式において、吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inは、上記筒内総ガス量Gcylに対する、ＥＧＲ装置５０から還流されてきたＥＧＲガス中のＮＯｘ質量の質量割合である。ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度は前回（の燃料噴射時期に）演算された後述する排気ＮＯｘ濃度RNOx_exと等しいと仮定すると、吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inは下記(4)式に従って求めることができる。  In the above equation (3), the intake NOx concentration RNOx_in is the mass ratio of the NOx mass in the EGR gas recirculated from theEGR device 50 to the in-cylinder total gas amount Gcyl. Assuming that the NOx concentration in the EGR gas is equal to the exhaust gas NOx concentration RNOx_ex, which will be described later (calculated at the previous fuel injection timing), the intake NOx concentration RNOx_in can be obtained according to the following equation (4).

RNOx_in＝(RNOx_ex・Gegr)/Gcyl ・・・(4)RNOx_in = (RNOx_ex · Gegr) / Gcyl (4)

上記(4)式において、Gegrは今回の吸気行程で吸気の一部としてＥＧＲ装置５０から燃焼室内に吸入されてきたＥＧＲガスの質量であって、下記(5)式に従って取得され得る。  In the above equation (4), Gegr is the mass of the EGR gas that has been sucked into the combustion chamber from theEGR device 50 as part of the intake air in the current intake stroke, and can be obtained according to the following equation (5).

Gegr＝Gcyl-Gm ・・・(5)Gegr ＝ Gcyl-Gm (5)

上記(5)式において、Gmは今回の吸気行程で吸気管３２の先端部から吸気の一部として燃焼室内に吸入された新気の質量（吸入新気量）であって、エアフローメータ７１により計測される単位時間あたりの吸入新気量（吸入新気流量Ga）と、クランクポジションセンサ７４の出力に基づくエンジン回転速度NEと、吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEを引数とする一吸気行程あたりの吸入新気量を求めるための関数ｆ(Ga,NE)とに基づいて計算される。吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEとしては、ATDC-180°において各センサにより取得される下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0がそれぞれ使用される。以上のように、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxA、従って、「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」は上記(3)式に従って求めることができる。  In the above equation (5), Gm is the mass of fresh air (amount of fresh intake air) sucked into the combustion chamber as a part of the intake air from the tip of theintake pipe 32 in this intake stroke. The intake fresh air amount per unit time (intake fresh air flow rate Ga), the engine rotation speed NE based on the output of the crank position sensor 74, and one intake with the intake fresh air flow rate Ga and the engine rotation speed NE as arguments. It is calculated based on the function f (Ga, NE) for obtaining the intake air quantity per stroke. As the intake fresh air flow rate Ga and the engine rotational speed NE, the bottom fresh center intake fresh air flow rate Ga0 and the bottom dead center engine rotational speed NE0 acquired by each sensor at ATDC-180 ° are used, respectively. As described above, the A region recirculation NOx amount NOxA, and hence the “NOx mass remaining in the A region after combustion” can be obtained according to the above equation (3).

<燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量の求め方>
ＥＧＲ装置５０を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前にＢ領域内に存在するＮＯｘの質量（以下、「Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2」と称呼する。）は、上記(3)式にて表されるＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAと同様にして、下記(6)式にて表すことができる。<How to determine the NOx mass remaining in the B region after combustion>
Of the amount of NOx recirculated into the combustion chamber via theEGR device 50, the mass of NOx existing in the B region before combustion (hereinafter referred to as “B region recirculated NOx amount NOxB2”) is the above (3). Similarly to the A region reflux NOx amount NOxA expressed by the equation, it can be expressed by the following equation (6).

NOxB2＝RNOx_in・RatioNOx・Gcyl ・・・(6)NOxB2 ＝ RNOx_in ・ RatioNOx ・ Gcyl (6)

一方、燃焼後においてはＢ領域において燃焼により燃焼発生ＮＯｘ量（以下、「Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1」と称呼する。）が発生する。Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1は、例えば、単位燃料量あたりの燃焼発生ＮＯｘ量（以下、「燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burn」と称呼する。）に上記燃料噴射量Qfuelを乗じた値として、下記(7)式に従って求めることができる。燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnは、例えば、上記燃料噴射量Qfuelと、エンジン回転速度NEと、燃料噴射量Qfuel及びエンジン回転速度NEを引数とする燃焼発生ＮＯｘ率を求めるための関数ｇ(Qfuel,NE)とに基づいて計算される。  On the other hand, after combustion, a combustion-generated NOx amount (hereinafter referred to as “B-region combustion generated NOx amount NOxB1”) is generated by combustion in the B region. The B region combustion generated NOx amount NOxB1 is, for example, a value obtained by multiplying the fuel injection amount Qfuel by the combustion generated NOx amount per unit fuel amount (hereinafter referred to as “combustion generated NOx rate RNOx_burn”) (7 ) Can be obtained according to the equation. The combustion generation NOx rate RNOx_burn is, for example, a function g (Qfuel, NE) for obtaining the combustion injection NOx rate with the fuel injection amount Qfuel, the engine rotation speed NE, and the fuel injection amount Qfuel and the engine rotation speed NE as arguments. And calculated based on

NOxB1＝RNOx_burn・Qfuel ・・・(7)NOxB1 ＝ RNOx_burn ・ Qfuel (7)

ここで、先に説明したように、燃焼後のガス中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）は、同燃焼前のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）にかかわらず、同燃焼後のガスの温度に応じて（ガス温度が高くなるほど大きくなるように）、化学平衡により逐次決定されていく値である。  Here, as explained above, the NOx amount (NOx concentration) in the gas after combustion depends on the temperature of the gas after combustion (gas concentration) regardless of the NOx amount (NOx concentration) before combustion. It is a value that is sequentially determined by chemical equilibrium so that it increases as the temperature increases.

従って、通常の機関の運転状態では、燃焼により高温となったガス中で発生する上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1の方が上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2よりも著しく大きくなる場合が多い。よって、原則的に、上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1がそのまま「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」に略一致し得ると考えることができる。  Therefore, in the normal engine operating state, the B region combustion generated NOx amount NOxB1 generated in the gas heated to a high temperature by combustion often becomes significantly larger than the B region reflux NOx amount NOxB2. Therefore, in principle, it can be considered that the above-mentioned B region combustion generated NOx amount NOxB1 can substantially match the “NOx mass remaining in the B region after combustion” as it is.

しかしながら、例えば、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度（従って、前回の燃料噴射時期に演算された後述する排気ＮＯｘ濃度RNOx_ex）が非常に高く、且つ、アクセル操作量Accpが非常に小さくて燃料噴射量qfin(＝Qfuel)が非常に少ないような場合、上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2が大きくなる一方で、燃焼によるガス温度の上昇が小さいことに起因して上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1が小さくなる。この結果、Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の方がＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1よりも大きくなることがある。このような場合、Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の方がＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1よりも「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」をより正確に表す値になり得ると考えられる。  However, for example, the NOx concentration in the EGR gas (accordingly, the exhaust NOx concentration RNOx_ex described later calculated at the previous fuel injection timing) is very high, the accelerator operation amount Accp is very small, and the fuel injection amount qfin ( = Qfuel) is very small, the B region recirculation NOx amount NOxB2 is increased, while the B region combustion generated NOx amount NOxB1 is decreased due to a small increase in gas temperature due to combustion. As a result, the B region recirculation NOx amount NOxB2 may be larger than the B region combustion generated NOx amount NOxB1. In such a case, it is considered that the B region recirculation NOx amount NOxB2 can be a value that more accurately represents the “NOx mass remaining in the B region after combustion” than the B region combustion generated NOx amount NOxB1.

以上のことから、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」は、上記(7)式に従って求められるＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記(6)式に従って求められるＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2のうち大きい方の値（Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）として求めることができる。  From the above, the “NOx mass remaining in the B region after combustion” is the B region combustion generated NOx amount NOxB1 obtained according to the above equation (7) and the B region reflux NOx amount NOxB2 obtained according to the above equation (6). Can be obtained as the larger value (B region final NOx amount NOxB).

このようにして、「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」であるＡ領域還流ＮＯｘ量NOxA、及び、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」であるＢ領域最終ＮＯｘ量NOxBが求められると、燃焼後に燃焼室内に残存するＮＯｘの全質量は「NOxA＋NOxB」として求めることができる。また、燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量は、「Gcyl＋Qfuel」と表すことができる。  In this way, the A region recirculation NOx amount NOxA that is “NOx mass remaining in the A region after combustion” and the B region final NOx amount NOxB that is “NOx mass remaining in the B region after combustion” are obtained. Then, the total mass of NOx remaining in the combustion chamber after combustion can be obtained as “NOxA + NOxB”. The total mass of the gas remaining in the combustion chamber after combustion can be expressed as “Gcyl + Qfuel”.

従って、排気行程において燃焼室から排気弁Voutを介して排気通路（排気マニホールド４１）に排出される排ガス中のＮＯｘ濃度（排気ＮＯｘ濃度RNOx_ex）は、「燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量」に対する、「燃焼後に燃焼室内に残存するＮＯｘの全質量」の質量割合であって、下記(8)式に従って求めることができる。  Therefore, the NOx concentration (exhaust NOx concentration RNOx_ex) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage (exhaust manifold 41) through the exhaust valve Vout in the exhaust stroke is “total mass of gas remaining in the combustion chamber after combustion”. The mass ratio of “the total mass of NOx remaining in the combustion chamber after combustion” can be calculated according to the following equation (8).

RNOx_ex＝(NOxA＋NOxB)/(Gcyl＋Qfuel) ・・・(8)RNOx_ex = (NOxA + NOxB) / (Gcyl + Qfuel) (8)

上記(8)式に従って求められる排気ＮＯｘ濃度RNOx_exの前回値は、排気通路（排気マニホールド４１）を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度が排気還流管５１内を流れるＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度に等しいとの仮定のもと、前述のごとく、上記吸気ＮＯｘ濃度RNOx_in（の
今回値）を求める際に上記(4)式にて使用される。The previous value of the exhaust NOx concentration RNOx_ex obtained in accordance with the above equation (8) is assumed that the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage (exhaust manifold 41) is equal to the NOx concentration in the EGR gas flowing through the exhaustgas recirculation pipe 51. Therefore, as described above, when the intake NOx concentration RNOx_in (its current value) is obtained, it is used in the above equation (4).

また、排気通路（排気マニホールド４１、及び排気管４２）を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度は同排気通路全域に渡って一定であると仮定すると、上記排気ＮＯｘ濃度RNOx_exの値は、排気通路（具体的には、排気管４２の端部）から外部に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度と等しくなる。  Further, assuming that the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage (theexhaust manifold 41 and the exhaust pipe 42) is constant over the entire exhaust passage, the value of the exhaust NOx concentration RNOx_ex is as follows. Is equal to the NOx concentration in the exhaust gas when discharged from the end of theexhaust pipe 42 to the outside.

更には、通常の機関１０の運転状態（特に、定常運転状態）においては、排気通路（排気管４２）から外部へ排出される一作動サイクル（一排気行程）あたりの排ガスの質量は上記吸入新気量Gmと略等しくなる。以上のことから、排気通路を介して外部へ排出される排ガス中の一作動サイクルあたりのＮＯｘの質量（上記実ＮＯｘ排出量NOxact）は、下記(9)式に従って求めることができる。これにより、ＥＧＲガス量Gegrが増加すると吸入新気量Gmが減少することで実ＮＯｘ排出量NOxactが低下することになる。従って、ＥＧＲガス量Gegrが増加すると実ＮＯｘ排出量NOxactが低下するという現象が的確に表され得る。  Furthermore, in the normal operating state of the engine 10 (particularly in the steady operating state), the mass of exhaust gas per one operating cycle (one exhaust stroke) discharged from the exhaust passage (exhaust pipe 42) to the outside is the above-described intake new value. It becomes almost equal to the volume Gm. From the above, the mass of NOx (the actual NOx emission amount NOxact) per operating cycle in the exhaust gas discharged to the outside through the exhaust passage can be obtained according to the following equation (9). As a result, when the EGR gas amount Gegr increases, the intake fresh air amount Gm decreases, so that the actual NOx emission amount NOxact decreases. Therefore, the phenomenon that the actual NOx emission amount NOxact decreases as the EGR gas amount Gegr increases can be accurately represented.

NOxact＝RNOx_ex・Gm ・・・(9)NOxact = RNOx_ex · Gm (9)

以上、(1)〜(9)式を利用して、本装置は、燃料噴射気筒についての上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排出されることになるＮＯｘの質量、即ち実ＮＯｘ排出量NOxactを推定する。以上が、ＮＯｘ排出量推定方法の概要である。  As described above, using the formulas (1) to (9), the present device is configured so that every time the final fuel injection timing finjfin for the fuel injection cylinder arrives, the exhaust valve Vout of the fuel injection cylinder in the immediately following exhaust stroke The mass of NOx to be discharged from the fuel, that is, the actual NOx emission amount NOxact is estimated. The above is the outline of the NOx emission estimation method.

（燃料噴射制御の概要）
上記ＮＯｘ排出量推定方法を実施する本装置は、一作動サイクルあたりの目標ＮＯｘ排出量NOxtを、上記燃料噴射量qfinとエンジン回転速度NEとに基づいて逐次計算する。そして、本装置は、前回推定された実ＮＯｘ排出量NOxactが目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致するように、最終燃料噴射開始時期finjfin、及びＥＧＲ制御弁５２の開度をフィードバック制御する。(Overview of fuel injection control)
The present apparatus that performs the NOx emission amount estimation method sequentially calculates the target NOx emission amount NOxt per operation cycle based on the fuel injection amount qfin and the engine rotational speed NE. Then, this apparatus performs feedback control on the final fuel injection start timing finjfin and the opening degree of theEGR control valve 52 so that the actual NOx emission amount NOxact estimated last time coincides with the target NOx emission amount NOxt.

具体的には、前回推定された上記実ＮＯｘ排出量NOxactの値が上記目標ＮＯｘ排出量NOxtよりも大きいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ遅らせ、且つ、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値から所定開度だけ大きくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が低くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実ＮＯｘ排出量NOxactが上記目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致せしめられる。  Specifically, when the value of the actual NOx emission amount NOxact estimated previously is larger than the target NOx emission amount NOxt, the final fuel injection start timing finjfin for the current fuel injection cylinder is set to be greater than the basic fuel injection timing finjbase. The opening of theEGR control valve 52 is delayed by a predetermined amount, and is increased by a predetermined opening from the current value. As a result, the maximum flame temperature for the current fuel injection cylinder is controlled to be low, and as a result, the actual NOx emission amount NOxact discharged from the current fuel injection cylinder to the outside matches the target NOx emission amount NOxt. It is done.

一方、前回推定された上記実ＮＯｘ排出量NOxactの値が上記目標ＮＯｘ排出量NOxtよりも小さいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ早め、且つ、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値から所定開度だけ小さくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が高くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実ＮＯｘ排出量NOxactが上記目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致せしめられる。以上が、燃料噴射制御の概要である。  On the other hand, when the value of the actual NOx emission amount NOxact estimated previously is smaller than the target NOx emission amount NOxt, the final fuel injection start timing finjfin for the current fuel injection cylinder is set by a predetermined amount from the basic fuel injection timing finjbase. The opening degree of theEGR control valve 52 is reduced from the current value by a predetermined opening degree earlier. As a result, the maximum flame temperature for the current fuel injection cylinder is controlled to be higher, and as a result, the actual NOx emission amount NOxact discharged from the current fuel injection cylinder to the outside matches the target NOx emission amount NOxt. It is done. The above is the outline of the fuel injection control.

（実際の作動）
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の実際の作動について説明する。
<燃料噴射量等の制御>
ＣＰＵ６１は、図３にフローチャートにより示した燃料噴射量等の制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３００から処理を開始し、ステップ３０５に進んでアクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図４に示したテーブル（マップ）Mapqfinから燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。(Actual operation)
Next, actual operation of the control apparatus for an internal combustion engine configured as described above will be described.
<Control of fuel injection amount, etc.>
TheCPU 61 repeatedly executes a routine for controlling the fuel injection amount and the like shown in the flowchart of FIG. 3 every elapse of a predetermined time. Accordingly, when the predetermined timing is reached, theCPU 61 starts the process fromstep 300 and proceeds to step 305 to obtain the fuel injection amount qfin from the accelerator opening degree Accp, the engine speed NE, and the table (map) Mapqfin shown in FIG. Ask. The table Mapqfin is a table that defines the relationship between the accelerator opening degree Accp, the engine rotational speed NE, and the fuel injection amount qfin, and is stored in theROM 62.

次いで、ＣＰＵ６１はステップ３１０に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図５に示したテーブルMapfinjbaseから基本燃料噴射時期finjbaseを決定する。テーブルMapfinjbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射時期finjbaseとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。  Next, theCPU 61 proceeds to step 310 to determine the basic fuel injection timing finjbase from the fuel injection amount qfin, the engine speed NE, and the table Mapfinjbase shown in FIG. The table Mapfinjbase is a table that defines the relationship between the fuel injection amount qfin and the engine rotational speed NE and the basic fuel injection timing finjbase, and is stored in theROM 62.

その後、ＣＰＵ６１はステップ３１５に進んで、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図６に示したテーブルMapPcrbaseから基本燃料噴射圧力Pcrbaseを決定する。テーブルMapPcrbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射圧力Pcrbaseとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。  Thereafter, theCPU 61 proceeds to step 315 to determine the basic fuel injection pressure Pcrbase from the fuel injection amount qfin, the engine speed NE, and the table MapPcrbase shown in FIG. The table MapPcrbase is a table that defines the relationship between the fuel injection amount qfin, the engine rotational speed NE, and the basic fuel injection pressure Pcrbase, and is stored in theROM 62.

次に、ＣＰＵ６１はステップ３２０に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図７に示したテーブルMapNOxtから目標ＮＯｘ排出量NOxtを決定する。テーブルMapNOxtは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと目標ＮＯｘ排出量NOxtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。  Next, theCPU 61 proceeds to step 320, and determines the target NOx emission amount NOxt from the fuel injection amount qfin, the engine rotation speed NE, and the table MapNOxt shown in FIG. The table MapNOxt is a table that defines the relationship between the fuel injection amount qfin, the engine rotational speed NE, and the target NOx emission amount NOxt, and is stored in theROM 62.

次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２５に進んで、前記決定した目標ＮＯｘ排出量NOxtから後述するルーチンにより求められている最新の（具体的には、前回の燃料噴射時期に演算された）実ＮＯｘ排出量NOxactを減じた値をＮＯｘ排出量偏差ΔNOxとして格納する。  Next, theCPU 61 proceeds to step 325 to calculate the latest actual NOx emission amount NOxact (specifically, calculated at the previous fuel injection timing) obtained from the determined target NOx emission amount NOxt by a routine described later. Is stored as a NOx emission amount deviation ΔNOx.

続いて、ＣＰＵ６１はステップ３３０に進んで、噴射時期補正値Δθを、前記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxと図８に示したテーブルMapΔθとから決定する。テーブルMapΔθは、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxと噴射時期補正値Δθとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。  Subsequently, theCPU 61 proceeds to step 330 to determine the injection timing correction value Δθ from the NOx emission amount deviation ΔNOx and the table MapΔθ shown in FIG. The table MapΔθ is a table that defines the relationship between the NOx emission amount deviation ΔNOx and the injection timing correction value Δθ, and is stored in theROM 62.

次いで、ＣＰＵ６１はステップ３３５に進み、基本噴射時期finjbaseを噴射時期補正値Δθで補正して最終燃料噴射時期finjfinを決定する。これにより、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxに応じて噴射時期が補正されることになる。この場合、図８から明らかなように、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが正の大きい値になるほど噴射時期補正値Δθが正の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが進角側となり、同ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが負の大きい値（絶対値が大きい値）になるほど噴射時期補正値Δθは負の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが遅角側に移行される。  Next, theCPU 61 proceeds to step 335 and corrects the basic injection timing finjbase with the injection timing correction value Δθ to determine the final fuel injection timing finjfin. As a result, the injection timing is corrected according to the NOx emission amount deviation ΔNOx. In this case, as is apparent from FIG. 8, as the NOx emission amount deviation ΔNOx becomes a larger positive value, the injection timing correction value Δθ becomes a larger positive value and the final fuel injection timing finjfin becomes the advance side, so that the NOx emission is increased. The injection timing correction value Δθ becomes a large negative value as the quantity deviation ΔNOx becomes a large negative value (the absolute value is large), and the final fuel injection timing finjfin is shifted to the retard side.

続いて、ＣＰＵ６１はステップ３４０に進み、燃料噴射気筒についての噴射開始時期（即ち、上記決定された最終燃料噴射時期finjfin）が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合はステップ３９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。  Subsequently, theCPU 61 proceeds to step 340 to determine whether or not the injection start timing for the fuel injection cylinder (that is, the determined final fuel injection timing finjfin) has arrived. Immediately proceed to 395 to end the present routine tentatively.

一方、ステップ３４０の判定において「Ｙｅｓ」と判定する場合、ＣＰＵ６１はステップ３４５に進んで上記決定された燃料噴射量qfinの燃料を燃料噴射気筒についての燃料噴射弁２１から上記決定された基本燃料噴射圧力Pcrbaseをもって噴射するとともに、続くステップ３５０にて上記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが正の値であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ３５５に進んでＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値よりも所定開度だけ小さくした後、ステップ３７０に進む。  On the other hand, if “Yes” is determined in the determination instep 340, theCPU 61 proceeds to step 345 to supply the determined fuel injection amount qfin of fuel from thefuel injection valve 21 for the fuel injection cylinder to the determined basic fuel injection. In addition to injecting at the pressure Pcrbase, it is determined in thesubsequent step 350 whether or not the NOx emission amount deviation ΔNOx is a positive value. If “Yes” is determined, the process proceeds to step 355 and theEGR control valve 52 is opened. After the degree is made smaller than the current value by a predetermined opening, the process proceeds to step 370.

ステップ３５０の判定において「Ｎｏ」と判定する場合、ＣＰＵ６１はステップ３６０に進み、上記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが負の値であるか否かを判定する。ステップ３６０の判定において、ＣＰＵ６１は「Ｙｅｓ」と判定する場合、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値よりも所定開度だけ大きくした後にステップ３７０に進む一方、「Ｎｏ」と判定する場合（即ち、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxの値が「０」のとき）、ＥＧＲ制御弁５２の開度を変更することなくステップ３７０に進む。  If the determination instep 350 is “No”, theCPU 61 proceeds to step 360 to determine whether or not the NOx emission deviation ΔNOx is a negative value. In the determination ofstep 360, when theCPU 61 determines “Yes”, theCPU 61 proceeds to step 370 after increasing the opening of theEGR control valve 52 by a predetermined opening from the current value, while determining “No”. (In other words, when the value of the NOx emission deviation ΔNOx is “0”), the routine proceeds to step 370 without changing the opening of theEGR control valve 52.

このようにして、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxに応じてＥＧＲ制御弁５２の開度が変更される。そして、ステップ３７０に進むと、ＣＰＵ６１は実際に噴射した上記燃料噴射量qfinの値を値Qfuelとして格納した後、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、及びＥＧＲ制御弁５２の開度の制御が達成される。  In this way, the opening degree of theEGR control valve 52 is changed according to the NOx emission amount deviation ΔNOx. Instep 370, theCPU 61 stores the value of the fuel injection amount qfin actually injected as the value Qfuel, and then proceeds to step 395 to end the present routine tentatively. As described above, control of the fuel injection amount, the fuel injection timing, the fuel injection pressure, and the opening degree of theEGR control valve 52 is achieved.

<ＮＯｘ排出量の計算>
また、ＣＰＵ６１は、図９にフローチャートにより示した実ＮＯｘ排出量NOxactの計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで現時点がATDC-180°に一致しているか否かを判定する。<Calculation of NOx emissions>
In addition, theCPU 61 repeatedly executes a routine for calculating the actual NOx emission amount NOxact shown in the flowchart of FIG. 9 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing is reached, theCPU 61 starts processing fromstep 900, proceeds to step 905, and determines whether or not the current time coincides with ATDC-180 °.

いま、現時点がATDC-180°より前であるものとして説明を続けると、ＣＰＵ６１はステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９３５に直ちに進み、燃料噴射気筒についての燃料噴射開始時期（即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin）が到来したか否かを判定する。現時点はATDC-180°よりも前であるから、ＣＰＵ６１はステップ９３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。  Now, assuming that the current time is before ATDC-180 °, theCPU 61 makes a “No” determination atstep 905 to immediately proceed to step 935, where fuel injection start timing (ie, fuel injection cylinder timing) It is determined whether or not the final fuel injection timing (finjfin) has arrived. Since the current time is before ATDC-180 °, theCPU 61 makes a “No” determination atstep 935 to immediately proceed to step 995 to end the present routine tentatively.

以降、ＣＰＵ６１はATDC-180°が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を繰り返し実行する。そして、ATDC-180°が到来すると、ＣＰＵ６１はステップ９０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進むようになり、ステップ９１０にて、吸気温センサ７２、吸気管圧力センサ７３、エアフローメータ７１、及びクランクポジションセンサ７４によりそれぞれ検出される現時点（即ち、ATDC-180°）での吸気温度Tb、吸気管圧力Pb、吸入新気流量Ga、及びエンジン回転速度NEを、それぞれ、下死点時筒内ガス温度Ta0、下死点時筒内ガス圧力Pa0、下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0として格納する。  Thereafter, theCPU 61 repeatedly executes the processing ofSteps 900, 905, 935, and 995 until ATDC-180 ° is reached. When ATDC-180 ° is reached, theCPU 61 determines “Yes” when it proceeds to step 905 and proceeds to step 910. Instep 910, the intake air temperature sensor 72, the intakepipe pressure sensor 73, the air flow. The intake air temperature Tb, the intake pipe pressure Pb, the intake fresh air flow rate Ga, and the engine rotational speed NE at the present time (that is, ATDC-180 °) detected by themeter 71 and the crank position sensor 74 are respectively dead. Stored as the in-cylinder gas temperature Ta0, the in-cylinder gas pressure Pa0 at the bottom dead center, the intake fresh air flow rate Ga0 at the bottom dead center, and the engine rotational speed NE0 at the bottom dead center.

次いで、ＣＰＵ６１はステップ９１５に進み、吸気酸素濃度センサ７６により検出される現時点（即ち、ATDC-180°）での吸気酸素濃度RO2_inを下死点時吸気酸素濃度RO20_inとして格納し、続くステップ９２０にて、上記(1)式に従って筒内総ガス量Gcylを求める。ここで、下死点時筒内ガス圧力Pa0、及び下死点時筒内ガス温度Ta0としては、ステップ９１０にて格納されている値が用いられる。  Next, theCPU 61 proceeds to step 915, stores the inspiratory oxygen concentration RO2_in at the present time (ie, ATDC-180 °) detected by the inspiratoryoxygen concentration sensor 76 as the bottom dead center inspiratory oxygen concentration RO20_in, and continues to step 920. Thus, the in-cylinder total gas amount Gcyl is obtained according to the above equation (1). Here, the values stored instep 910 are used as the bottom dead center in-cylinder gas pressure Pa0 and the bottom dead center in-cylinder gas temperature Ta0.

続いて、ＣＰＵ６１はステップ９２５に進んで、上記下死点時吸入新気流量Ga0と、上記下死点時エンジン回転速度NE0と、上記関数ｆとに基づいて吸入新気量Gmを求め、続くステップ９３０にて、ステップ９２０にて求めた筒内総ガス量Gcylと、前記吸入新気量Gmと、上記(5)式とに基づいてＥＧＲガス量Gegrを求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ９３５に進んで「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。  Subsequently, theCPU 61 proceeds to step 925 to obtain the intake fresh air amount Gm based on the above-described bottom dead center intake fresh air flow rate Ga0, the above bottom dead center engine rotational speed NE0, and the above function f. Instep 930, the EGR gas amount Gegr is obtained based on the in-cylinder total gas amount Gcyl obtained instep 920, the intake fresh air amount Gm, and the above equation (5). Then, theCPU 61 proceeds to step 935 to determine “No”, immediately proceeds to step 995, and once ends this routine.

以降、ＣＰＵ６１は燃料噴射時期（即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin）が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を再び繰り返し実行する。そして、上記最終燃料噴射時期finjfinが到来すると、ＣＰＵ６１はステップ９３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進むようになり、ステップ９４０にて上記(4)式に従って吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inを求める。ここで、ＥＧＲガス量Gegr、及び筒内総ガス量Gcylとして、ステップ９３０、及びステップ９２０にて求められた値がそれぞれ使用される。排気ＮＯｘ濃度RNOx_exとしては、前回の燃料噴射開始時期において後述するステップ９７５にて求められている値が使用される。  Thereafter, theCPU 61 repeats the processes ofsteps 900, 905, 935, and 995 again until the fuel injection timing (that is, the final fuel injection timing finjfin) comes. When the final fuel injection timing finjfin comes, theCPU 61 makes a “Yes” determination atstep 935 to proceed to step 940. Atstep 940, the intake NOx concentration RNOx_in is obtained according to the above equation (4). Here, the values obtained instep 930 and step 920 are used as the EGR gas amount Gegr and the in-cylinder total gas amount Gcyl, respectively. As the exhaust NOx concentration RNOx_ex, the value obtained instep 975 described later at the previous fuel injection start timing is used.

続いて、ＣＰＵ６１はステップ９４５に進んで、上記(2)式、及び上記(3)式に相当するステップ９４５内に記載の式に基づいてＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAを求める。ここで、値Qfuelとしては、図３のステップ３７０にて格納されている最新の値が使用される。次に、ＣＰＵ６１はステップ９５０に進み、前記値Qfuelと、現時点でのエンジン回転速度NEと、上記関数ｇとに基づいて燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnを求め、続くステップ９５５にて上記(7)式に従ってＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1を求める。  Subsequently, theCPU 61 proceeds to step 945, and obtains the A region reflux NOx amount NOxA based on the equation (2) and the equation described instep 945 corresponding to the equation (3). Here, the latest value stored instep 370 of FIG. 3 is used as the value Qfuel. Next, theCPU 61 proceeds to step 950, obtains the combustion generation NOx rate RNOx_burn based on the value Qfuel, the current engine speed NE, and the function g, and instep 955, according to the above equation (7). The B region combustion generation NOx amount NOxB1 is obtained.

次いで、ＣＰＵ６１はステップ９６０に進んで、上記(2)式、及び上記(6)式に相当するステップ９６０内に記載の式に基づいてＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2を求め、続くステップ９６５にて上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の大きい方の値をＢ領域最終ＮＯｘ量NOxBとして格納する。  Next, theCPU 61 proceeds to step 960, obtains the B region reflux NOx amount NOxB2 based on the formula (2) and the formula described instep 960 corresponding to the formula (6), and then instep 965, The larger value of the B region combustion generated NOx amount NOxB1 and the B region recirculation NOx amount NOxB2 is stored as the B region final NOx amount NOxB.

次に、ＣＰＵ６１はステップ９７０に進み、上記(8)式に従って排気ＮＯｘ濃度RNOx_exを求めるとともに、続くステップ９７５にて上記(9)式に従って実ＮＯｘ排出量NOxactを求め、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ６１は次の燃料噴射気筒についてのATDC-180°が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を繰り返し実行する。  Next, theCPU 61 proceeds to step 970, obtains the exhaust NOx concentration RNOx_ex according to the above equation (8), and obtains the actual NOx emission amount NOxact according to the above equation (9) in the followingstep 975, and proceeds to step 995 to perform this routine. Is temporarily terminated. Thereafter, theCPU 61 repeatedly executes the processes ofsteps 900, 905, 935, and 995 until the arrival of ATDC-180 ° for the next fuel injection cylinder.

以上のようにして、新たな実ＮＯｘ排出量NOxactが燃料噴射開始時期が到来する毎に求められていく。そして、この新たな実ＮＯｘ排出量NOxactは、前述のごとく、図３のステップ３２５にて使用され、この結果、次の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfin、及びＥＧＲ制御弁５２の開度が同新たな実ＮＯｘ排出量NOxactに基づいてフィードバック制御されていく。  As described above, a new actual NOx emission amount NOxact is obtained every time the fuel injection start timing comes. This new actual NOx emission amount NOxact is used instep 325 of FIG. 3 as described above. As a result, the final fuel injection start timing finjfin for the next fuel injection cylinder and the opening of theEGR control valve 52 are opened. The feedback control is performed based on the new actual NOx emission amount NOxact.

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法によれば、燃焼室内に吸入された吸気中の各ガス成分（酸素分子、ＮＯｘ等）は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するとの仮定のもと、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合を利用して、同燃焼室が、燃焼領域（Ｂ領域）と非燃焼領域（Ａ領域）とに区別される。そして、燃焼後において、Ｂ領域には燃焼により発生した燃焼発生ＮＯｘ量（実際には、上記Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）が残存するともに、Ａ領域では燃焼前に存在していたＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAがそのまま燃焼後も保存される（残存する）との仮定のもと、Ｂ領域にて発生する燃料発生ＮＯｘ量のみならずＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAをも考慮して、排気通路から外部へ排出される排ガス中の実ＮＯｘ排出量NOxactが計算される。従って、実ＮＯｘ排出量NOxactが精度良く推定された。  As described above, according to the NOx emission estimation method for the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, each gas component (oxygen molecules, NOx, etc.) in the intake air sucked into the combustion chamber is distributed over the entire combustion chamber. Using the ratio of “mass of oxygen consumed by combustion” to “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber”, assuming that the combustion chamber A distinction is made between regions (B regions) and non-combustion regions (A regions). After combustion, the amount of combustion-generated NOx generated by combustion (actually, the above-mentioned B region final NOx amount NOxB) remains in the B region, and the A region reflux NOx that existed before the combustion in the A region. Under the assumption that the amount of NOxA is preserved (remains) after combustion, the exhaust passage is externally taken into account not only the amount of fuel-generated NOx generated in region B but also the amount of NOxA recirculating NOxA. The actual NOx emission amount NOxact in the exhaust gas discharged to is calculated. Therefore, the actual NOx emission amount NOxact was accurately estimated.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、機関１０の運転状態にかかわらず燃料噴射開始時期が到来する毎にＮＯｘ排出量（実ＮＯｘ排出量NOxact）を計算しているが、機関１０が所定の定常運転状態にある場合に限りＮＯｘ排出量を計算するように構成してもよい。  The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the NOx emission amount (actual NOx emission amount NOxact) is calculated every time the fuel injection start timing comes regardless of the operation state of theengine 10, but theengine 10 is in a predetermined steady operation state. The NOx emission amount may be calculated only in the case of the above.

また、上記実施形態においては、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」として、上記(7)式に従って求められるＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記(6)式に従って求められるＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2のうち大きい方の値（Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）を採用しているが、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」として、常に上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1を採用してもよい。  Further, in the above embodiment, as “NOx mass remaining in the B region after combustion”, the B region combustion generated NOx amount NOxB1 obtained according to the above equation (7) and the B region reflux obtained according to the above equation (6) The larger value of the NOx amount NOxB2 (B region final NOx amount NOxB) is adopted, but the above-mentioned B region combustion generated NOx amount NOxB1 is always adopted as the “NOx mass remaining in the B region after combustion”. May be.

また、上記実施形態においては、機関１０が、一作動サイクル中において１回で必要な量（燃料噴射量qfin）の燃料を噴射するように構成されているが、一作動サイクル中においてパイロット噴射とメイン噴射とに分けて同量の燃料を噴射するように構成されている場合、パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を考慮して、例えば、パイロット噴射による燃料噴射量、或いは、同パイロット噴射の時期等に基づいて上記燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnの値を所定量だけ小さくなる方向に補正するように構成してもよい。  In the above-described embodiment, theengine 10 is configured to inject a required amount of fuel (fuel injection amount qfin) at one time during one operation cycle. In the case where the same amount of fuel is injected separately from the main injection, for example, the fuel injection amount by the pilot injection or the pilot injection is considered in consideration of the influence of the inert gas generated by the pilot injection. The value of the combustion-generated NOx rate RNOx_burn may be corrected so as to decrease by a predetermined amount based on the time of the above.

本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法を実施する内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire system in which a control device for an internal combustion engine that implements an NOx emission estimation method for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine).或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールドからガスが吸入され、筒内に吸入された筒内ガスが排気マニホールドへ排出される様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically a mode that gas was suck | inhaled from the intake manifold in the cylinder (in-cylinder) of a certain cylinder, and the in-cylinder gas suck | inhaled in the cylinder was discharged | emitted to an exhaust manifold.図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量等を制御するためのルーチンを示したフローチャートである。2 is a flowchart showing a routine for controlling a fuel injection amount and the like executed by a CPU shown in FIG.図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する燃料噴射量を決定するためのテーブルである。4 is a table for determining a fuel injection amount to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する基本燃料噴射時期を決定するためのテーブルである。4 is a table for determining a basic fuel injection timing to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する基本燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。4 is a table for determining a basic fuel injection pressure to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する目標ＮＯｘ排出量を決定するためのテーブルである。4 is a table for determining a target NOx emission amount that is referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG. 3.図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する噴射時期補正値を決定するためのテーブルである。4 is a table for determining an injection timing correction value to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG.図１に示したＣＰＵが実行するＮＯｘ排出量の計算を実行するためのルーチンを示したフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a routine for performing calculation of NOx emission amount executed by a CPU shown in FIG. 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

２１…燃料噴射弁、２２…燃料噴射用ポンプ、３１…吸気マニホールド、３２…吸気管、４１…排気マニホールド、４２…排気管、５０…ＥＧＲ装置、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７１…エアフローメータ、７２…吸気温センサ、７３…吸気管圧力センサ、７４…クランクポジションセンサ、７６…吸気酸素濃度センサ
DESCRIPTION OFSYMBOLS 21 ... Fuel injection valve, 22 ... Fuel injection pump, 31 ... Intake manifold, 32 ... Intake pipe, 41 ... Exhaust manifold, 42 ... Exhaust pipe, 50 ... EGR device, 52 ... EGR control valve, 60 ... Electric control device, 61 ... CPU, 71 ... air flow meter, 72 ... intake air temperature sensor, 73 ... intake pipe pressure sensor, 74 ... crank position sensor, 76 ... intake oxygen concentration sensor

Claims (7)

Translated fromJapanese

内燃機関の排気通路を流れる排ガスの一部を同内燃機関の吸気通路へ還流せしめるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるＮＯｘ排出量推定方法であって、
燃焼室内において燃焼が発生する領域である燃焼領域を推定するとともに、
前記燃焼領域内にて燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量と、前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とを推定し、
前記燃焼発生ＮＯｘ量と、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定する内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。A NOx emission amount estimation method applied to an internal combustion engine provided with an EGR device that recirculates a part of exhaust gas flowing through an exhaust passage of the internal combustion engine to an intake passage of the internal combustion engine,
Estimating the combustion region, where combustion occurs in the combustion chamber,
Estimating the amount of combustion-generated NOx generated by combustion in the combustion region and the amount of NOx in a non-combustion region that is a region excluding the combustion region in the combustion chamber;
An internal combustion engine NOx emission amount estimation method for estimating an NOx amount in exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside based on the combustion-generated NOx amount and the NOx amount in the non-combustion region. 請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量を、同非燃焼領域内におけるＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In the internal combustion engine NOx emission amount estimation method according to claim1 ,
In estimating the amount of NOx in the non-combustion region,
Of the NOx amount recirculated into the combustion chamber via the EGR device, the non-combustion region recirculation NOx amount existing in the non-combustion region before combustion is estimated as the NOx amount in the non-combustion region. A NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量と、前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を同燃焼発生ＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In the internal combustion engine NOx emission amount estimation method according to claim1 or2 ,
In estimating the combustion generated NOx amount,
Of the NOx amount recirculated into the combustion chamber via the EGR device, the larger one of the combustion region recirculation NOx amount existing in the combustion region before combustion and the combustion generated NOx amount is defined as the combustion generated NOx amount. An NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine, characterized by estimating. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記燃焼発生ＮＯｘ量と前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を推定するとともに、同ＮＯｘ濃度に前記排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じた値を前記排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In NOx emissions estimation method for an internal combustion engine according to any one of claims1 to3,
In estimating the amount of NOx discharged from the exhaust passage to the outside,
A NOx concentration in the exhaust gas is estimated based on the NOx amount generated in the combustion and the NOx amount in the non-combustion region, and a value obtained by multiplying the NOx concentration by the amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside is used. A NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine, characterized by estimating the amount of NOx emitted from a passage to the outside. 請求項４に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記吸気通路に吸入される新気量を前記排気通路から外部へ排出される排ガス量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In the internal combustion engine NOx emission estimation method according to claim4 ,
A method for estimating a NOx emission amount of an internal combustion engine, wherein the amount of fresh air taken into the intake passage is estimated as an amount of exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記燃焼領域を推定するにあたり、
前記燃焼室内に吸入された酸素量と、燃焼により消費される酸素量とを推定するとともに、前記燃焼室内に吸入された酸素量に対する前記燃焼により消費される酸素量の割合を利用して前記燃焼領域を推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In the NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine according to any one of claims1 to5,
In estimating the combustion region,
Estimating the amount of oxygen sucked into the combustion chamber and the amount of oxygen consumed by combustion, and utilizing the ratio of the amount of oxygen consumed by the combustion to the amount of oxygen sucked into the combustion chamber An NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine characterized by estimating a region. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記内燃機関が一作動サイクル中において少なくとも１回燃料をパイロット噴射した後に同燃料をメイン噴射するように構成されている場合、
前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して同燃焼発生ＮＯｘ量を推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。In NOx emissions estimation method for an internal combustion engine according to any one of claims1 to6,
When the internal combustion engine is configured to perform main injection of the fuel after pilot injection of the fuel at least once during one operation cycle,
A method for estimating the NOx emission amount of an internal combustion engine, wherein the NOx amount of combustion generated is estimated in consideration of the influence of an inert gas generated by the pilot injection in estimating the NOx amount of combustion generated.

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